La mayor parte del Universo es un Vacío, y el Vacío está Creciendo Rápidamente

El vacío entre estrellas y galaxias constituye el 80 por ciento del volumen del universo conocido. La energía oscura está expandiendo estos vacíos rápidamente.

Hay lugares oscuros en el universo profundo, vastos Saharas de cientos de millones de años luz de diámetro, vacíos excepto por un átomo de hidrógeno perdido o un poco de radiación. Son los vacíos cósmicos, y algún día crecerán para consumir todo el universo.

Para entender los vacíos, primero debemos tener la perspectiva adecuada. Y para hacer eso, necesitamos alejarnos más allá del sistema solar, más allá de la galaxia de la Vía Láctea e incluso más allá de todos los grupos y cúmulos que componen nuestro vecindario del universo. Necesitamos alejarnos tanto que las galaxias enteras, cada una de las cuales alberga cientos de millones de estrellas, se conviertan en nada más que pequeños puntos de luz.

En estas escalas verdaderamente cosmológicas, vemos emerger una estructura sorprendente. Las galaxias en nuestro universo no están esparcidas al azar como la sal derramada sobre la mesa; en cambio, forman el patrón más grande que se encuentra en la naturaleza. Vemos cúmulos densos, hogar de miles de galaxias, y hebras largas y delgadas que conectan esos cúmulos. Estos hilos actúan como largas autopistas que se extienden entre los cúmulos, con miles de galaxias a lo largo de ellos. Y vemos esos hilos unidos para formar paredes anchas e inmensas.

Llamamos a esta inmensidad la "telaraña cósmica". Está hecho de galaxias de la misma manera que tu cuerpo está hecho de células microscópicas. Pero esa metáfora solo puede llegar hasta cierto punto; Para hacer un modelo a escala adecuado de la red cósmica, tus células tendrían que ser un millón de veces más pequeñas de lo que son.

Pero mientras se destacan las luces de las estrellas y galaxias de la red cósmica, esas estructuras solo sirven para establecer los límites de los verdaderos amos del cosmos: las regiones vacías entre ellos. Descubiertos por primera vez a principios de la década de 1980, estos vacíos cósmicos dominan el volumen del universo. En otras palabras, la mayor parte de nuestro universo está completamente, totalmente vacío.

Si busca lo suficiente, puede encontrar galaxias enanas pequeñas y tenues dispersas dentro de los vacíos y, por supuesto, está la siempre presente sopa delgada de radiación y partículas que inundan el cosmos. Pero los vacíos están bien y verdaderamente vacíos, desprovistos de cualquier estructura significativa o concentración de materia.

Las semillas de los vacíos se plantaron en los primeros momentos del universo, incluso antes de que aparecieran las primeras estrellas y galaxias. Hace miles de millones de años, la materia de nuestro universo era casi perfectamente uniforme, sin variaciones de un lugar a otro. Pero había pequeñas diferencias aleatorias y microscópicas. Solo una millonésima más de materia aquí, o una millonésima menos de materia allá.

A medida que nuestro universo envejecía, esas diferencias crecían. La gravedad es una fuerza increíblemente débil, pero es muy persistente y extremadamente paciente. Las regiones de nuestro universo con una ligera ventaja en la materia también tenían una atracción gravitacional ligeramente más fuerte. Eso hizo que se atrajera más materia hacia ese parche, vaciando sus alrededores. A medida que se acumulaba más materia, la atracción gravitacional se hacía más fuerte y los alrededores se vaciaban aún más. En el transcurso de cientos de millones de años, la red cósmica comenzó a surgir: primero como pequeños grupos, que se encendieron como las primeras estrellas; luego, pequeñas galaxias aparecieron y se fusionaron antes de formar los grandes cúmulos de galaxias, los filamentos y las paredes.

Y a medida que los ricos se hacían más ricos, los pobres se hacían más pobres. Los vacíos comenzaron como pequeños hoyuelos efervescentes en un tejido suave y armonioso. Pero a medida que crecía la red cósmica, también lo hacían los vacíos, y toda su materia se precipitaba hacia el abrazo gravitatorio de estructuras grandes y brillantes. Hoy en día, los vacíos constituyen más del 80 por ciento del volumen del universo, pero contienen menos de una décima parte de su masa total.

✅ Los vacíos cósmicos son agujeros en la distribución de la materia en el universo, como los agujeros en el queso suizo o los huecos en una telaraña. Están vacíos de todo, incluida la materia normal y la materia oscura.

Y ese vacío les da un poder secreto. A fines de la década de 1990, dos equipos de astrónomos descubrieron que la expansión del universo se está acelerando; nuestro universo se hace más y más grande, cada vez más rápido, con cada día que pasa. Esperábamos observar lo contrario: en un universo en expansión, la atracción gravitatoria de toda la materia del cosmos debería ralentizar suavemente esa expansión, no acelerarla. Confirmado con múltiples experimentos en el último cuarto de siglo, la expansión acelerada tiene un nombre: lo llamamos energía oscura.

En pocas palabras, no tenemos idea de qué es la energía oscura. Pero sospechamos que esta misteriosa aceleración es de alguna manera una propiedad del vacío del propio espacio-tiempo. En otras palabras, la energía oscura está integrada en el tejido mismo del cosmos y está causando que la expansión del universo se acelere en todas partes. Pero no sentimos esa aceleración a nivel local. La Tierra no se está expandiendo, el sistema solar no se está expandiendo, la Vía Láctea no se está expandiendo y ni siquiera nuestro entorno cosmológico local se está expandiendo.

Eso se debe a que nuestra parte local del universo está llena de cosas: estrellas, gas, polvo, personas. Todo eso tiene atracción gravitatoria y supera por completo los efectos de la aceleración de la energía oscura.

Pero no en los vacíos. Los vacíos están vacíos. Esa es su definición. No hay estrellas, ni gas, ni polvo, ni gente. No hay nada dentro de los vacíos para contrarrestar los efectos de la energía oscura. Y así los vacíos van creciendo, acelerando su expansión. Están literalmente empujando los filamentos y las paredes que los rodean, alejando la materia de ellos mismos en su búsqueda de una expansión implacable.

En alrededor de 10 a 20 mil millones de años, la red cósmica, con su gloria de galaxias, filamentos y paredes, se disolverá. Primero, los filamentos se separarán a medida que los vacíos a su alrededor los expulsen de la existencia. Entonces, las paredes se disolverán. Los cúmulos sobrevivirán, pero cada uno se convertirá en un universo isla, efectivamente solo en una vasta extensión de la nada.

Antes de que eso suceda, sin embargo, tenemos mucho trabajo por hacer. Si bien la energía oscura absorbe cada pulgada cúbica del espacio-tiempo, solo se muestra en los vacíos. Entonces, si queremos estudiar esta fuerza misteriosa que dictará el futuro del universo, no podemos mirar dentro de las galaxias o cúmulos. Su gravedad interna es demasiado fuerte y elimina la influencia de la energía oscura. En su lugar, tenemos que mirar en los vacíos.

Los vacíos son nuestra clave para comprender la energía oscura. Su crecimiento a lo largo del tiempo cósmico, sus formas, su número y todas sus propiedades nos hablan de la fuerza y ​​la historia de la energía oscura. Si la energía oscura tuviera una fuerza diferente o una evolución diferente, aparecería primero en los vacíos. Los astrofísicos ya han comenzado a mapear tantos vacíos cósmicos en el universo como sea posible para comparar sus características y características con nuestras estimaciones teóricas. Los investigadores esperan que estas encuestas de amplia región puedan revelar las propiedades sutiles y poco conocidas de la energía oscura.

Pero hay más Los vacíos cósmicos son las mayores cápsulas del tiempo en el cosmos. En miles de millones de años, simplemente no han cambiado tanto. Dentro de las galaxias, las estrellas viven y mueren; la materia y el material se alejan y se recombinan. Las galaxias no se parecen en nada a su versión más joven. Pero hace miles de millones de años, los vacíos eran simples, vacíos. Y hoy, miles de millones de años después, siguen siendo simples y vacíos.

Las respuestas a muchos misterios cosmológicos, la naturaleza de la energía oscura, las propiedades del cosmos antiguo y más, viven dentro de los vacíos. Y entonces, tal vez, nuestras mayores percepciones solo lleguen una vez que miremos hacia el abismo.

Paul M. Sutter es educador científico y cosmólogo teórico en el Instituto de Ciencias Computacionales Avanzadas de la Universidad de Stony Brook y autor de Cómo morir en el espacio: un viaje a través de fenómenos astrofísicos peligrosos y su lugar en el universo: comprender nuestro gran, Existencia desordenada. Sutter también es el presentador de varios programas de ciencia y está en las redes sociales. Echa un vistazo a su podcast Ask a Spaceman y su página de YouTube.

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